Nhận xét:
- Xu thế biến đổi của đƣờng cong xác suất lỗi bit phù hợp với lý thuyết.
- Với SNR < 10 dB, thì xác suất lỗi bit của hệ thống MC-MC-CDMA tốt hơn hệ thống SC-FDMA 16QAM
Độ cong của đồ thị xác suất lỗi bit khác nhau là do các tham số quyết định độ cong phụ thuộc vào cấu trúc và đặc tính của bộ điều chế.
Kết quả mô phỏng: trƣờng hợp 64 QAM:
Hình 3.8 - Đánh giá chất lƣợng SC-FDMA và MC-MC-CDMA với M =64
Nhận xét:
- Xu thế biến đổi của đƣờng cong xác suất lỗi bit phù hợp với lý thuyết.
- Với SNR < 16 dB, thì xác suất lỗi bit của hệ thống MC-MC-CDMA tốt hơn hệ thống SC-FDMA 64QAM.
- Còn SNR > 16 dB, thì xác suất lỗi bit của hệ thống SC-FDMA 64QAM tốt hơn. Độ cong của đồ thị xác suất lỗi bit khác nhau là do các tham số quyết định độ cong phụ thuộc vào cấu trúc và đặc tính của bộ điều chế.
3.5. Kết luận:
Các công việc đánh giá chất lƣợng mạng thông tin di động 4G dựa trên các mô hình mô phỏng SC-FDMA và MC-MC-CDMA trong chƣơng này, bao gồm:
Đánh giá chất lƣợng theo các trạng thái thuê bao (cố định, đi bộ và đi xe) với cùng một kiểu điều chế 16QAM và 64QAM thực hiện trên mô hình SC- FDMA.
Đánh giá chất lƣợng phƣơng pháp truy nhập SC-CDMA với các kiểu điều chế khác nhau (4QAM, 16QAM và 64QAM).
Đánh giá chất lƣợng các phƣơng pháp truy nhập khác nhau với cùng mức điều chế (16, 64).
Vậy, thông qua việc đánh giá chất lƣợng mạng thông tin di động 4G đến đây, chúng tôi kết luận rằng:
Chất lƣợng của mô hình mô phỏng SC-FDMA theo các trạng thái thuê bao di động, thì thuê bao di động ở trạng thái cố định đạt chất lƣợng là tốt nhất, rồi đến thuê bao di động ở trạng thái đi bộ và cuối cùng là thuê bao di động ở trạng thái đi xe là kém nhất.
Chất lƣợng của mô hình hệ thống SC-FDMA với trƣờng hợp số mức điều chế 4QAM là đạt chất lƣợng tốt nhất, rồi đến trƣờng hợp 16QAM và cuối cùng 64QAM đạt chất lƣợng kém nhất.
Đánh giá chất lƣợng các hệ thống SC-FDMA và MC-MC-CDMA:
- Trƣờng hợp số mức M = 16: với SNR < 10 dB, thì chất lƣợng hệ thống MC- MC-CDMA tốt hơn hệ thống SC-FDMA 16QAM. Từ SNR > 10 dB, thì hệ thống SC-FDMA 16QAM đạt chất lƣợng tốt hơn.
- Trƣờng hợp số mức M = 64: với SNR < 16 dB, thì chất lƣợng hệ thống MC- MC-CDMA tốt hơn hệ thống SC-FDMA 64QAM. Từ SNR > 16 dB, thì hệ thống SC-FDMA 64QAM đạt chất lƣợng tốt hơn.
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ + Kết luận
Mạng thông tin di động 4G là thế hệ tiếp theo của thế hệ 3G. Hiện tại có nhiều hƣớng phát triển lên 4G, trong số đó có LTE là một trong những hƣớng đang đƣợc thế giới và Việt Nam chọn làm nền tảng để phát triển lên hệ thống di động 4G (LTE- Advanced), để phục vụ nghiên cứu và triển khai sau này. Một trong những vấn đề quan tâm trong các hệ thống thông tin di động 4G là chất lƣợng mạng. Để nghiên cứu về vấn đề này, chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu xu hƣớng phát triển lên 4G, những vấn đề còn đặt ra trong nghiên cứu và phát triển. Nghiên cứu các mô hình mô phỏng và đƣa ra phƣơng pháp cải tiến để đánh giá chất lƣợng mạng thông tin di động 4G thông qua xác suất lỗi trung bình dựa trên phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng mạng thông tin di động theo phƣơng pháp truyền thống trƣớc đó đã đề cập ở chƣơng 2. Đến đây, chúng tôi kết luận rằng: xác suất lỗi mà trong đó có liên quan đến xác suất lỗi bit là tham số quan trọng cho thấy chất lƣợng mạng của bất kỳ hệ thống thông tin di động nào.
Qua tìm hiểu và nghiên cứu của đề tài, luận văn của học viện đạt đƣợc những kết quả nhƣ sau:
- Tính xu thế phát triển lên 4G và những vấn đề còn đặt ra trong nghiên cứu, triển khai.
- Mô hình các phƣơng pháp truy nhập.
- Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng hệ thống 4G thông qua xác suất lỗi.
- Cải tiến phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng hệ thống thông qua xác suất lỗi trung bình.
- Mô phỏng kiểm chứng.
+ Hƣớng nghiên cứu tiếp
- Trên cơ sở những kết quả đạt đƣợc, chúng tôi dự kiến tiếp tục nghiên cứu và thực hiện mô phỏng kiểm chứng phƣơng pháp đƣa ra với các mô hình thực tế.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Anh
[1] Md. Sadek Ali, Md. Shariful Islam, Md. Alamgir Hossain, Md. Khalid Hossain Jewel, “BER ANALYSIS OF MULTI-CODE MULTI-CARRIER CDMA SYSTEMS IN MULTIPATH FADING CHANNEL”, International Journal of Computer Networks & Communications (IJCNC) Vol.3, No.3, May 2011
[2] Ian F. Akyildiz ∗, David M. Gutierrez-Estevez, Elias Chavarria Reyes, The evolution to 4G cellular systems: LTE-Advanced, Elsevier B.V. All rights reserved, 2010.
[3] Ahmad R.S.Bahai and Burton R.Saltzberg, MultiCarrier Digital Communications,
Theory and Applications of OFDM, 1999, Print ISBN: 0-306-46296-6
[4] Andrea Goldsmith, WIRELESS COMMUNICCATIONS, Stanford University
[5] Shinsuke Hara, Ramjee Prasad, Multicarrier Techniques for 4G Mobile Communications, 2003
[6] Harri Holma and Antti Toskala, LTE for UMTS OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access, John Wiley & Sons, 2009, Ltd. ISBN: 9780470994016
[7] Md.Morshedul Islam , Khondokar Fida Hasan, “Evolution of the 4th Generation Mobile Communication Network: LTE-Advanced”, Vol 2 (4), 1092-1098. ISSN:2229- 6093
[8] Hyung G. Myung, Single Carrier Orthogonal Multiple Access Technique for Broadband Wireless Communications, January 2007
[9] Ramjee Prasad, OFDM for Wireless Communications Systems, 2004
[10] Abdul Samad Shaikh, Khatri Chandan Kumar, Performance Evaluation of LTE Physical Layer Using SC-FDMA & OFDMA, Blekinge Institute of Technology, November 2010
[11] J. Zyren and W. McCoy, “Overview of the 3GPP long term evolution physical layer”, Freescale Semiconductor, Inc., white paper, 2007.
[12] Roke, LTE Uplink Physical Layer Behavioural Model
[13] Anritsu Company, LTE Resource Guide, năm 2009. www.us.anritsu.com
[14] MathWorks, Communications System Toolbox™ User’s Guide, 2011 [15] http://en.wikipedia.org/wiki/4G#History_of_4G_and_pre-4G_technologies [16] http://vntelecom.org/diendan/showthread.php?t=347&page=1 [17] http://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/lte-long-term- evolution/3gpp-4g-imt-lte-advanced-tutorial.php [18] http://vietbao.vn/Doi-song-Gia-dinh/Cac-nha-khai-thac-dong-loat-thu-nghiem- 4G/55345832/113/ [19] http://www.tchdkh.org.vn/tcbvin.asp?code=2924
PHỤ LỤC
% chuong trinh mo phong theo cac trang thai thue bao di dong (SC-FDMA, 64QAM)
clc clear all SNR=[0:2:30] SP.FFTsize = 512; SP.inputBlockSize = 16; SP.CPsize = 20; SP.subband = 0; SP.SNR = [0:2:30]; % chonn SNR la 0 : 2 : 30 SP.numRun =10000; % so lan chay chuong trinh %SP.equalizerType ='ZERO';
SP.equalizerType ='MMSE'; % chon kieu can bang
[BER_ifdma ] = scfdma_10usr_64QAM_codinh(SP) % goi ham thuc hien semilogy(SP.SNR,BER_ifdma,'gx-','LineWidth',2); % ve SNR va BER grid on % them luoi cho do thi
hold on % luu duong vua ve tren do thi xlabel('SNR(dB)'); % gan nhan SNR cho truc hoanh ylabel('BER'); % gan nhan BER cho truc tung axis([0 30 1e-6 1e0]) % gan gioi han cac truc toa do [BER_ifdma ] = scfdma_10usr_64QAM_dibo(SP) semilogy(SP.SNR,BER_ifdma,'b+-','LineWidth',2); hold on [BER_ifdma ] = scfdma_10usr_64QAM_dixe(SP) semilogy(SP.SNR,BER_ifdma,'r*-','LineWidth',2); hold on
legend('co dinh','di bo','di xe') % chu thich cho cac duong ve title('SO SANH CHAT LUONG HE THONG SC-FDMA THEO CAC TRANG THAI THUE BAO KHÁC NHAU') % Tieu de do thi
% chuong trinh mo phong phương phap truy nhap voi cac muc dieu che khac nhau
clc clear all SNR=[0:2:30] SP.FFTsize = 512; SP.inputBlockSize = 16; SP.CPsize = 20; SP.subband = 0; SP.SNR = [0:2:30];
SP.numRun =10000;
% cac kenh thue bao di dong
pedAchannel = [1 10^(-9.7/20) 10^(-22.8/20)]; pedAchannel = pedAchannel/sqrt(sum(pedAchannel.^2)); vehAchannel = [1 0 10^(-1/20) 0 10^(-9/20) 10^(-10/20) 0 0 0 10^(-15/20) 0 0 0 10^(- 20/20)]; vehAchannel = vehAchannel/sqrt(sum(vehAchannel.^2)); idenChannel = 1; %SP.channel = idenChannel; %SP.channel = pedAchannel; SP.channel = vehAchannel; %SP.equalizerType ='ZERO';
SP.equalizerType ='MMSE'; % chon kieu can bang [BER_ifdma ] = scfdma_10usr_QPSK(SP); semilogy(SP.SNR,BER_ifdma,'c+-','LineWidth',2); grid on hold on [BER_ifdma ] = scfdma_10usr_16QAM(SP); semilogy(SP.SNR,BER_ifdma,'r*-','LineWidth',2); hold on [BER_ifdma ] = scfdma_10usr_64QAM(SP); semilogy(SP.SNR,BER_ifdma,'b+-','LineWidth',2); xlabel('SNR(dB)'); ylabel('BER');
axis([0 30 1e-6 1e0]) hold on
legend('SC-FDMA 4QAM','SC-FDMA 16QAM','SC-FDMA 64QAM')
title('SO SANH CHAT LUONG HE THONG SC-FDMA VOI CAC KIEU DIEU CHE KHÁC NHAU')
% chuong trinh mo phong cac phuong phap truy nhap voi cung muc dieu che
clc clear all SNR=[0:2:30] SP.FFTsize = 512; SP.inputBlockSize = 16; SP.CPsize = 20; SP.subband = 0; SP.SNR = [0:2:30];
% Cac kenh thue bao di dong pedAchannel = [1 10^(-9.7/20) 10^(-22.8/20)]; pedAchannel = pedAchannel/sqrt(sum(pedAchannel.^2)); vehAchannel = [1 0 10^(-1/20) 0 10^(-9/20) 10^(-10/20) 0 0 0 10^(-15/20) 0 0 0 10^(- 20/20)]; vehAchannel = vehAchannel/sqrt(sum(vehAchannel.^2)); idenChannel = 1; %SP.channel = idenChannel; %SP.channel = pedAchannel; SP.channel = vehAchannel; %SP.equalizerType ='ZERO';
SP.equalizerType ='MMSE'; % chon kieu can bang for k=1:length(SNR) F(k)=mcAdap(1,10,64,16,SNR(k),10000) end semilogy(SNR,F,'-bo','LineWidth',2) grid on hold on [BER_ifdma ] = scfdma_10usr_64QAM(SP); semilogy(SP.SNR,BER_ifdma,'c+-','LineWidth',2); xlabel('SNR(dB)'); ylabel('BER');
axis([0 30 1e-6 1e0]) hold on
legend('MC-MC-CDMA','SCFDMA 64QAM')
title('SO SANH CHAT LUONG CUA HAI PHUONG PHAP SC-FDMA VA MC- MC-CDMA VOI M=64');
% Chuong trinh mo phong cho truong hop trang thai thue bao co dinh (64QAM)
function [BER_ifdma ]= scfdma_10usr_64QAM_codinh(SP) num_usr=10; % so nguoi dung
numSymbols = SP.FFTsize; % tong so song mang con Q = numSymbols/SP.inputBlockSize;
idenChannel = 1; % kenh truyen co dinh SP.channel = idenChannel;
H_channel = fft(SP.channel,SP.FFTsize); for n = 1:length(SP.SNR),
tic;
errCount_ifdma = 0;
t_data=round(rand(1,960)); % du lieu gom 960 bit ngau nhien M = modem.qammod('M',64); % xay dung kieu dieu che 64QAM % chuyen 960 bit tu noi tiep sang song song nhom tung 4 bit lai voi nhau qamdata=bi2de(reshape(t_data,160,6),'left-msb');
maping = bin2gray(qamdata,'qam',64); % lap ban do ma hoa % đem dieu che 64QAM, ta co duoc 160 ky tu
inputSymbols = modulate(M,maping);
% thuc hien FFT de dua 160 ky tu ve mien tan so inputSymbols_freq = fft(inputSymbols);
% Khoi tao ma tran cac song mang con inputSamples_ifdma = zeros(1,numSymbols);
% anh xa 160 ky tu lên 512 song mang con theo kieu IFDMA cho 10 nguoi dung for jj=1:10
inputSamples_ifdma(0+jj+SP.subband:Q:numSymbols) = inputSymbols_freq(16*(jj-1)+1:16*jj);
size(inputSamples_ifdma(0+jj+SP.subband:Q:numSymbols)); end
% bien doi IFFT 512 diem nay de dua tin hieu ve lai mien thoi gian inputSamples_ifdma = ifft(inputSamples_ifdma);
TxSamples_ifdma = [inputSamples_ifdma(numSymbols- SP.CPsize+1:numSymbols) inputSamples_ifdma];
RxSamples_ifdma = filter(SP.channel, 1, TxSamples_ifdma); % kenh da duong tmp = randn(2, numSymbols+SP.CPsize);
% tinh nhieu AWGN
complexNoise = (tmp(1,:) + i*tmp(2,:))/sqrt(2); noisePower = 10^(-SP.SNR(n)/10);
RxSamples_ifdma = RxSamples_ifdma + sqrt(noisePower/Q)*complexNoise; RxSamples_ifdma = RxSamples_ifdma(SP.CPsize+1:numSymbols+SP.CPsize); % lay 512 diem de dua tin hieu ve lai mien tan so
Y_ifdma = fft(RxSamples_ifdma, SP.FFTsize); r=size(Y_ifdma);
% giai anh xa song mang con a=[]; for hh=1:10 tam=[]; b = Y_ifdma(hh:Q:numSymbols); tam=[tam b]; a=[a tam]; end
for uu=1:10 tam1=[]; b1 = H_channel(uu:Q:numSymbols); tam1=[tam1 b1]; a1=[a1 tam1]; end
% thuc hien can bang theo kieu 'MMSE' H_eff=a1;
if SP.equalizerType == 'ZERO' Y_ifdma = a./H_eff;
elseif SP.equalizerType == 'MMSE'
C = conj(H_eff)./(conj(H_eff).*H_eff + 10^(-SP.SNR(n)/10));
Y_ifdma = a.*C; % nhan phan tu cua a voi C (theo hang, theo cot) end
% thuc hien ifft de dƣa tin hieu ve mien thoi gian EstSymbols_ifdma = ifft(Y_ifdma);
z=modem.qamdemod('M',64); % xay dung dieu che 64QAM % giai dieu che QAM tai may thu
demod_Data = demodulate(z,EstSymbols_ifdma ) ; % giai ma ban do
demaping = gray2bin(demod_Data,'qam',64); data1 = de2bi(demaping,'left-msb');
size(data1);
% chuyen du lieu tu song song sang noi tiep data2 = reshape(data1,1,960);
% so sanh tin hiêu truyen va nhan de dem so loi bit I_ifdma = find((t_data-data2) == 0);
% dem so loi bit ifdma
errCount_ifdma = errCount_ifdma + (SP.inputBlockSize*6*10-length(I_ifdma)); end
% tinh BER = so loi bit / tong so bit truyen
BER_ifdma(n,:) = errCount_ifdma / (SP.inputBlockSize*SP.numRun*6*num_usr); [SP.SNR(n) BER_ifdma(n,:)] % xuat ra tung cap gia tri SNR và BER
toc % thoi gian troi qua giua tic va toc end
% Chuong trinh mo phong cho truong hop trang thai thuê bao di bova di xe co ma % co ma nguon tuong tu chi thay doi kênh(64QAM)
% Chuong trinh mo phong cho MC-MC-CDMA
function F=mcAdap(code,K,MaxM,Sub,SNR,iteration) % mo ta cac tham so:
% code: kieu chuoi (1 = hadamard, 2 = Gold, 3 = Kasami, 4 = M-sequence) % K : so luong nguoi dung
% M : so luong chuoi ma dung trong tap chuoi G(n) = M-ary
% N : do dai cua tap chuoi G(n)----> co dinh chieu dai la 255 hoac 256 % Sub : So luong tan so song mang con (sub chon la 8 hoac 16)
% SNR : SNR (dB) % iteration : so lan lap
N = 256; % Dinh nghia do dai tap chuoi % Tao ra tap chuoi G_set, G(user,time)
G_set=[]; switch code case {1}
G_set = hadamard(256); % Do dai cua G = 256 case {2}
G_set_temp = gold(1); % Do dai cua G = 255, khong bang 256 % Them "1" cho bit cuoi cung (thu 256) de do dai cua ma la 255
G_set = [G_set_temp ones(length(G_set_temp(:,1)),1)]; case {3}
G_set_temp = kasami(1); % Do dai cua G = 255, khong bang 256 G_set = [G_set_temp ones(length(G_set_temp(:,1)),1)];
case {4} p = [1 0 0 1 0 1 0 1 1]; %(1) G_one = m_seq_gen(g,1); for I=1:255 G_set_temp(I,:) = circshift(G_one,[0,I-1]); end
% Them "1" cho bit cuoi cung (thu 256) de do dai cua ma la 255 G_set(I,:) = [G_set_temp(I,:) 1];
end
% Tao ra chuoi ma U xac dinh cho nguoi dung, U(user,time) switch Sub case {8} p2 = [1 1 0 1]; otherwise p2 = [1 1 0 0 1]; Sub = 16;
g2 = m_seq_gen(p2,1); for I=1:K U_temp(I,:) = circshift(g2,[0,I-1]); U(I,:) = [U_temp(I,:) 1]; end U_t=[]; for i=1:K U_t=cat(1,U_t,repmat(U(i,:),N,1)); end fd = 50; % Tan so doppler fs = 1.228*10^2; % Tan so lay mau for i=1:4*K
fad(i,:) = ray2(fd,fs,iteration/40,1); fad(i,:)= fad(i,:) / mean(fad(i,:)); end Resid = zeros(K,80); fad_a = [0.8070 0.095 0.061 0.037]; N = 256; Z = zeros(K,N*Sub); symbol_T = N*Sub; M = 2*ones(1,K); E_btot = 0; E_btot = zeros(1,K); No_bit_tot = zeros(1,K); % so lan lap
for itr = 1:iteration
% Tao ra so bit truyen va ky tu M-ary No_bit=log2(M); for i=1:K symbol = bit_gen(1,No_bit(i),1); symbol_index(i) = bi2de(sign(symbol+1))+1; G(i,:) = G_set(symbol_index(i),:); end
% Tinh sigma cho AWGN EbNo_temp = SNR/10.;
N_temp = (N*Sub)/(10^EbNo_temp); % Cho tuong tu Es/N0 sigma = sqrt(N_temp/2);
if itr == iteration
fad_ind = floor(itr/40); else
fad_ind = floor(itr/40) + 1; end
Gain(:,1) = fad(:,fad_ind); % Tai may phat
% trai rong trong mien tan so, X:Tin hieu trai trong mien tan so, moi chip cua chuoi % ma duoc sao chep len p nhanh
% thuc hien nhan hai chuoi ma (chip x chip)
X = repmat(reshape(G',prod(size(G)),1),1,Sub).*U_t; % Thuc hien ifft qua cac dong (kich thuoc = 2) voi ma trong mien thoi gian, % thu hien ifft de thay the cho qua trinh nhan cac song mang con và cong lai S = sqrt(Sub).*ifft(X,Sub,2);
S_t = reshape(S',symbol_T,K)'; % Kenh Fading , dau ra -->SF() SF = zeros(K,symbol_T); i=1:K; SF(:,:) = S_t(i,:).*repmat(Gain(4*(i-1)+1,1),1,symbol_T).*fad_a(1)+[Z(:,1:2) S_t(i,1:symbol_T-2)].*repmat(Gain(4*(i- 1)+2,1),1,symbol_T).*fad_a(2)+[Z(:,1:3) S_t(i,1:symbol_T- 3)].*repmat(Gain(4*(i-1)+3,1),1,symbol_T).*fad_a(3)+[Z(:,1:5) S_t(i,1:symbol_T-5)].*repmat(Gain(4*(i-1)+4,1),1,symbol_T).*fad_a(4); SF(:,:) = SF(:,:) + [Resid(i,64:80) Z(:,1:symbol_T- 17)].*fad_a(2).*repmat(Gain(4*(i-1)+2,1),1,symbol_T)+[Resid(i,48:80) Z(:,1:symbol_T-33)].*fad_a(3).*repmat(Gain(4*(i- 1)+3,1),1,symbol_T)+[Resid(i,:) Z(:,1:symbol_T- 80)].*fad_a(4).*repmat(Gain(4*(i-1)+4,1),1,symbol_T); Resid(:,:) = S_t(:,(symbol_T-79):symbol_T); %Tinh tong fading
SF_SUM = sum(SF,1); % nhieu AWGN, R(1,N*Sub)
R_t = SF_SUM + sigma*randn(1,symbol_T) + j*sigma*randn(1,symbol_T); R = reshape(R_t',Sub,N)';
% Tai may thu, R(sequence time index, sub-carrier index)
R_fft = 1/sqrt(Sub)*fft(R,Sub,2); % fft duoc thuc hien cho dau vao % dau ra fft khong trai rong de tao ra moi chip cua chuoi ma thu duoc % khong trai rong
for i=1:K
R_desp_temp(i,:) = (R_fft*U(i,:)'/Sub)'; end
of matched filter for each G(n) sequence)
% Giai ma : moi chi so = so nguoi dung , moi thanh phan = gia tri dau ra cua bo loc matched cho moi chuoi G(n)
for i=1:K
out_mat = R_desp(i,:)*G_set(1:M(i),:)'; [maximum,Deco] = max(out_mat); Decode(i) = Deco;
end
% Tinh so bit loi va tong so bit truyen cho k nguoi dung for i=1:K
Decode_t = (Decode(i) - 1)';
E_bit_temp = sign(de2bi(Decode_t,No_bit(i))-0.5) – sign(de2bi((symbol_index(i)-1)',No_bit(i))-0.5); E_bit = sign(abs(E_bit_temp));
E_btot(i) = E_btot(i) + sum(E_bit); % tong so bit loi No_bit_tot(i) = No_bit_tot(i) + No_bit(i); % tong so bit truyen end
%Tinh toc do truyen M
M = AdaptRateMC(mean(Gain,2), K, N_temp/2, N, MaxM, Sub); end
% Tinh BER = tong so loi bit(10 nguoi)/tong so bit truyen (10 nguoi) BER = sum(E_btot)/sum(No_bit_tot);